專利名稱：將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及具有陣列波導(dǎo)區(qū)可調(diào)反射鏡的陣列波導(dǎo)光柵，尤其涉及一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵。
背景技術(shù)：
陣列波導(dǎo)光柵(AWG)是一種色散光學(xué)器件，可用于對一組具有不同波長的光學(xué)遠(yuǎn)程通信信道進(jìn)行多路復(fù)用和解復(fù)用。圖1中示意了一種通常的AWG實例，該AWG是一在硅或其它類似材料基底上形成的集成光波導(dǎo)器件。通常的AWG的波導(dǎo)包括一個或多個并列的輸入波導(dǎo)4，用于將混合多個波長信道λ1到λn的多路復(fù)用信號傳播到第一個平板波導(dǎo)區(qū)5，平板波導(dǎo)區(qū)通常是一個星型耦合區(qū)或其它類似區(qū)域。平板波導(dǎo)區(qū)5與陣列波導(dǎo)區(qū)6相連，將輸入信號分配給陣列波導(dǎo)區(qū)的多根波導(dǎo)，這些波導(dǎo)構(gòu)成光柵。每一根波導(dǎo)都具有不同的光學(xué)長度，相鄰波導(dǎo)的光學(xué)長度按照與中心波長有關(guān)的一恒定值增減，并且從光柵的一側(cè)到另一側(cè)的波導(dǎo)長度逐步遞增。與陣列波導(dǎo)另一端相連的是另一個平板波導(dǎo)區(qū)7，在第二平板波導(dǎo)區(qū)7會出現(xiàn)由波導(dǎo)陣列光柵區(qū)6引入的相對相位差所導(dǎo)致的干涉。波導(dǎo)光柵的色散使信號光的不同波長物理上分開，并且聚焦到第二平板波導(dǎo)區(qū)7的輸出平面上，并且將分開的波長耦合進(jìn)與第二平板波導(dǎo)區(qū)相連的多個輸出波導(dǎo)中。不同中心波長的輸出信號對應(yīng)于不同的輸出波導(dǎo)8位置，從而實現(xiàn)了將不同波長信號從空間分開的功能。利用光路互逆原理，陣列波導(dǎo)光柵既具有多波長光信號復(fù)用功能也具有多波長光信號解復(fù)用的功能。各個波長信道的中心波長和間隔取決于AWG波導(dǎo)的幾何形狀和形成光柵的陣列波導(dǎo)的有效折射率。
圖1給出的是AWG的常規(guī)形式，其陣列波導(dǎo)6及其相連的平板波導(dǎo)區(qū)7、8在結(jié)構(gòu)上左右對稱，輸入波導(dǎo)4、輸出波導(dǎo)8分別處于器件的兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)存在器件體積較大，器件封裝復(fù)雜，輸入光纖1、輸出光纖10難以從同一側(cè)引出等問題。本實用新型認(rèn)為通過在陣列波導(dǎo)區(qū)中心對稱線上引入一個反射裝置，可以提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的AWG解決以上問題。
形成AWG的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的材料通常采用SiO2或其它類似材料。由于這些材料的折射率隨著溫度的變化而變化，因此導(dǎo)致AWG的光傳輸中心波長隨溫度變化而漂移。例如，當(dāng)溫度在攝氏-5度到60度之間變化時，采用常規(guī)參數(shù)制造的AWG的中心波長漂移達(dá)到0.6nm以上，這對應(yīng)用在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中要求的AWG是絕對不能接受的。本實用新型認(rèn)為能夠消除溫度對中心波長的影響對AWG的應(yīng)用是至關(guān)重要的。
同時原有設(shè)計的輸入、輸出波導(dǎo)的位置是固定的，而生產(chǎn)過程所能控制的波導(dǎo)參數(shù)的精度不足以將中心波長設(shè)置在所需的容差范圍內(nèi)，這對AWG的生產(chǎn)和應(yīng)用帶來了極大的困難。本實用新型認(rèn)為應(yīng)該在AWG的內(nèi)部提供一種可調(diào)的部分，以便提供調(diào)整的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵。
它包括集成波導(dǎo)芯片、反射鏡組件，所說集成波導(dǎo)芯片具有輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、平板波導(dǎo)區(qū)、陣列波導(dǎo)區(qū)，反射鏡組件具有反射鏡裝置、可調(diào)裝置；輸入波導(dǎo)至少一個包括多個與輸出波導(dǎo)位于集成芯片的同一側(cè)；陣列波導(dǎo)區(qū)，其相鄰波導(dǎo)之間的長度差只有常規(guī)AWG的一半，陣列波導(dǎo)區(qū)一端與平板波導(dǎo)區(qū)相連，另一端與芯片邊緣相連；反射鏡裝置與陣列波導(dǎo)區(qū)相連的芯片邊緣端相鄰。
本實用新型的優(yōu)點(1)本實用新型在陣列波導(dǎo)區(qū)引入一個可調(diào)反射鏡，其可調(diào)結(jié)構(gòu)隨溫度變化引起反射鏡的傾斜，完全消除溫度對信道中心波長的影響。
(2)本實用新型通過在陣列波導(dǎo)區(qū)中心對稱線上引入一個反射裝置，可以提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的陣列波導(dǎo)光柵型的密集波分復(fù)用器/解復(fù)用器，其面積小于常規(guī)AWG芯片的面積。由于器件無需加入溫控部分，因此其體積大大小于常規(guī)AWG器件。
(3)本實用新型提出的一種陣列波導(dǎo)光柵，其輸入、輸出波導(dǎo)處于芯片的同一邊，因此在器件封裝時輸入輸出可以共用一個光纖陣列，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道這樣能夠為器件封裝帶來極大的方便。
(4)同時原有設(shè)計的輸入、輸出波導(dǎo)的位置是固定的，而生產(chǎn)過程所能控制的波導(dǎo)參數(shù)的精度不足以將中心波長設(shè)置在所需的容差范圍內(nèi)，這對AWG的生產(chǎn)和應(yīng)用帶來了極大的困難。本實用新型提出的一種陣列波導(dǎo)光柵在陣列波導(dǎo)區(qū)引入一個可調(diào)反射鏡，為AWG的內(nèi)部提供一種可調(diào)的部分，實現(xiàn)對中心波長的靈活調(diào)整。
(5)通過在可調(diào)支架上設(shè)置壓電陶瓷片可以實現(xiàn)較大范圍的中心波長可調(diào)的AWG。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的AWG的示意圖；圖2是本實用新型的AWG的示意圖；圖3是本實用新型實現(xiàn)補償熱效應(yīng)的原理示意圖；圖4是本實用新型可調(diào)諧AWG的實施例示意圖；圖5是陣列波導(dǎo)區(qū)的波導(dǎo)出口形狀的改進(jìn)示意圖。
具體實施方式
用于在空間上將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，它包括集成波導(dǎo)芯片3、反射鏡組件，所說集成波導(dǎo)芯片具有輸入波導(dǎo)4、輸出波導(dǎo)8、平板波導(dǎo)區(qū)5、陣列波導(dǎo)區(qū)6，反射鏡組件具有反射鏡裝置11、可調(diào)裝置13、14；輸入波導(dǎo)4至少一個包括多個與輸出波導(dǎo)8位于集成芯片3的同一側(cè)；陣列波導(dǎo)區(qū)6，其相鄰波導(dǎo)之間的長度差只有常規(guī)AWG的一半，陣列波導(dǎo)區(qū)一端與平板波導(dǎo)區(qū)相連，另一端與經(jīng)過端面拋光、鍍增透膜處理的芯片邊緣15相連；反射鏡裝置11與陣列波導(dǎo)區(qū)6相連的芯片邊緣端15相鄰。
所說平板波導(dǎo)區(qū)只包含一個與輸入、輸出波導(dǎo)以及陣列波導(dǎo)區(qū)相連?？烧{(diào)裝置由兩種不同膨脹系數(shù)材料的支架構(gòu)成?？烧{(diào)裝置在支架上至少安裝一個壓電陶瓷片。陣列波導(dǎo)區(qū)出口形狀為V形。
本實用新型業(yè)已發(fā)現(xiàn)通過在陣列波導(dǎo)區(qū)中心對稱線上引入一個可調(diào)的反射裝置，可以提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的陣列波導(dǎo)光柵型的密集波分復(fù)用器/解復(fù)用器，其芯片制造、器件封裝更為簡單，能減少溫度對中心波長的影響，并能實現(xiàn)中心波長可調(diào)諧的AWG。本實用新型同時提供了這一器件的制作方法。
將含有多個波長信道的光學(xué)信號傳輸進(jìn)輸入波導(dǎo)4，經(jīng)過平板波導(dǎo)區(qū)5和陣列波導(dǎo)區(qū)6，信號光由波導(dǎo)從芯片邊緣15發(fā)射出來，再經(jīng)過反射元件11反射，再次返回陣列波導(dǎo)區(qū)6，然后再次經(jīng)過平板波導(dǎo)區(qū)5和輸出波導(dǎo)8實現(xiàn)多波長信號的解復(fù)用。由AWG的光柵方程λ0＝neffΔD/m可知，AWG的中心波長λ0由陣列波導(dǎo)6的有效折射率neff，陣列波導(dǎo)區(qū)相鄰波導(dǎo)間長度差ΔD，以及光柵級數(shù)m決定。本實用新型提供了這樣一種陣列波導(dǎo)光柵器件，它包括安裝在同一基板12上的兩個部分(1)集成波導(dǎo)芯片3，在硅或其它基底材料上通過沉積、光刻、刻蝕或者擴散等各種方法形成的陣列波導(dǎo)光柵集成光學(xué)芯片，該芯片包括
——輸入波導(dǎo)4，其作用是與外部光纖相連將光信號引入到平板波導(dǎo)區(qū)；——輸出波導(dǎo)8，與輸出波導(dǎo)處于芯片的同一側(cè)，其作用是將相分離的聚焦在平板波導(dǎo)區(qū)的不同波長光信號引出到外接光纖上；——平板波導(dǎo)區(qū)5，同時與輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)以及陣列波導(dǎo)相連，其作用一方面將輸入信號分配給陣列波導(dǎo)區(qū)的多根波導(dǎo)，另一方面陣列波導(dǎo)區(qū)反射回來的產(chǎn)生了相位差的光信號在這一波導(dǎo)區(qū)發(fā)生干涉，并將不同波長的信號聚焦在與輸出波導(dǎo)相連的平面上；——陣列波導(dǎo)區(qū)6，其一端與平板波導(dǎo)區(qū)相連，另一端為芯片的邊緣，其相鄰波導(dǎo)間長度差只有常規(guī)AWG陣列波導(dǎo)長度差的一半，其作用同樣是使不同的波導(dǎo)中傳播的信號光產(chǎn)生相位差，通過在平板波導(dǎo)區(qū)發(fā)生干涉使不同波長的信號光物理上分開；(2)反射鏡組件，它包括——反射鏡裝置11，此裝置相鄰設(shè)置在與陣列波導(dǎo)區(qū)相連的芯片邊緣端；——可調(diào)裝置13、14，與反射鏡相連，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動量以達(dá)到調(diào)節(jié)中心波長的目的。
最佳的是，可以利用可調(diào)反射鏡裝置與溫度有關(guān)的調(diào)節(jié)量補償集成器件的熱效應(yīng)；同時，由于輸入、輸出波導(dǎo)處于芯片的同一邊，因此在器件封裝時輸入輸出可以共用一個光纖陣列，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道這樣能夠為器件封裝帶來極大的方便。
為實現(xiàn)本實用新型的這些目的，我們給出這種陣列波導(dǎo)型密集波分復(fù)用器/解復(fù)用器的制造方法，其陣列波導(dǎo)區(qū)相鄰波導(dǎo)間長度差只有通常AWG陣列波導(dǎo)長度差的一半，并且陣列波導(dǎo)將信號光直接通過與其垂直的芯片邊緣輸出到芯片之外，為了達(dá)到更好的光學(xué)性能，可以對這一芯片邊沿進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)處理，例如端面拋光、鍍增透膜等。為了減少損耗，安置在與陣列波導(dǎo)區(qū)相連的芯片邊緣端的可調(diào)反射鏡要盡量靠近芯片，但須保留適當(dāng)距離，使得反射鏡能夠適當(dāng)傾斜以達(dá)到足夠大的中心波長調(diào)節(jié)量。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，為了得到這種AWG的更佳性能，需要對平板波導(dǎo)區(qū)以及陣列波導(dǎo)區(qū)的形狀進(jìn)行更合理的設(shè)計改變。
圖2展示了本實用新型的一種實施例的示意圖，集成波導(dǎo)芯片3包括一輸入波導(dǎo)4，平板波導(dǎo)區(qū)5，陣列波導(dǎo)區(qū)6以及輸出波導(dǎo)8。陣列波導(dǎo)區(qū)6的一端被切割為芯片的邊緣，為了降低損耗對這一端面進(jìn)行拋光鍍膜(增透膜)處理，形成光學(xué)端面15，反射鏡組件包括鏡面鍍層反射元件11以及支架13、支架14，分別由兩種不同熱膨脹系數(shù)材料構(gòu)成。集成波導(dǎo)芯片3與反射鏡組件被固定在同一個基底12上。從圖2中可以看出，輸入波導(dǎo)4、輸出波導(dǎo)8可以共用一個光纖陣列9進(jìn)行封裝。當(dāng)反射元件11與芯片邊緣15之間的傾斜角度發(fā)生變化時陣列波導(dǎo)區(qū)相鄰波導(dǎo)之間的長度差隨之變化，從而導(dǎo)致AWG的中心波長產(chǎn)生移動。當(dāng)溫度變化時，構(gòu)成光波導(dǎo)的材料由于熱光效應(yīng)其折射率會發(fā)生變化，由前面的公式可知AWG的中心波長會發(fā)生漂移。而通過改變反射元件11與芯片邊緣15之間的傾斜角度，即改變陣列波導(dǎo)區(qū)相鄰波導(dǎo)間長度差ΔD，可以補償因溫度變化導(dǎo)致的中心波長的漂移。
圖3示出了反射鏡組件實現(xiàn)溫度補償?shù)暮唵卧?。本實用新型提供了一種通過調(diào)節(jié)集成波導(dǎo)芯片3與反射鏡組件之間傾斜角度的方法來補償AWG器件由于溫度變化而產(chǎn)生的中心波長漂移。圖3示出了反射組件溫度補償?shù)暮唵卧?。反射鏡組件中的可調(diào)裝置由支架13、支架14構(gòu)成，兩個支架分別由兩種不同熱膨脹系數(shù)材料構(gòu)成，當(dāng)溫度升高時，兩支架會產(chǎn)生一定的長度差導(dǎo)致反射元件11與芯片邊緣15之間的傾角發(fā)生變化。相反，當(dāng)溫度降低時傾角會發(fā)生相反方向的變化。選擇不同熱膨脹系數(shù)的材料以及調(diào)整兩支架之間的距離，可以改變傾角隨溫度的變化的關(guān)系，從而完全滿足補償器件溫度變化導(dǎo)致中心波長漂移的需要。圖3為了清楚地顯示溫度補償?shù)脑恚糯罅朔瓷湓?1與芯片邊緣15之間的傾角變化。實際應(yīng)用中，補償溫度變化所需的傾角變化時非常小的，按照一般AWG的設(shè)計參數(shù)，中心波長1nm的調(diào)節(jié)量對應(yīng)的傾角變化小于0.06°，因此這種調(diào)節(jié)不會帶來器件插入損耗的變化。
對器件生產(chǎn)容差的補償是基于同樣的原理。由于生產(chǎn)的容差，信道的中心波長往往不能與輸出波導(dǎo)8的中心波長相對準(zhǔn)，這就產(chǎn)生了所謂的中心波長漂移，而且這種漂移會因器件而異。本實用新型提到集成波導(dǎo)芯片3與反射鏡組件被固定在同一個基底12上，因此只需要在安裝芯片3和反射鏡組件時適當(dāng)調(diào)節(jié)兩者之間的傾斜角度就可以實現(xiàn)中心波長的對準(zhǔn)。
圖4是本實用新型實現(xiàn)可調(diào)諧AWG的實施例示意圖。如圖中所示，反射鏡組件中圖2所示的支架12、13上增加兩個壓電材料構(gòu)成的電壓可調(diào)機構(gòu)16、17，當(dāng)改變施加在壓電材料16、17上的電壓時，兩個支架的長短會在一定范圍內(nèi)改變，從而導(dǎo)致芯片3和反射鏡組件之間角度發(fā)生改變，進(jìn)而調(diào)節(jié)AWG的中心波長。為了實現(xiàn)較大范圍的調(diào)節(jié)，可以對陣列波導(dǎo)區(qū)6與反射鏡11相接的波導(dǎo)出口進(jìn)行改進(jìn)。
圖5所示，將陣列波導(dǎo)區(qū)6的波導(dǎo)出口形狀改為V形18，可以減少中心波長在較大范圍調(diào)節(jié)時器件插入損耗的變化量。
權(quán)利要求1.一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于它包括集成波導(dǎo)芯片[3]、反射鏡組件以及固定兩者的基片[12]，所說集成波導(dǎo)芯片具有輸入波導(dǎo)[4]、輸出波導(dǎo)[8]、平板波導(dǎo)區(qū)[5]、陣列波導(dǎo)區(qū)[6]，反射鏡組件具有反射鏡裝置[11]、可調(diào)裝置；輸入波導(dǎo)[4]至少一個包括多個與輸出波導(dǎo)[8]位于集成芯片[3]的同一側(cè)；陣列波導(dǎo)區(qū)[6]，其相鄰波導(dǎo)之間的長度差只有常規(guī)AWG的一半，陣列波導(dǎo)區(qū)一端與平板波導(dǎo)區(qū)相連，另一端與芯片邊緣[15]相連；反射鏡裝置[11]與陣列波導(dǎo)區(qū)[6]相連的芯片邊緣端[15]相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說平板波導(dǎo)區(qū)[5]只包含一個與輸入[4]、輸出波導(dǎo)[8]以及陣列波導(dǎo)區(qū)[6]相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說可調(diào)裝置由兩種不同膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成，通過兩種不同膨脹系數(shù)材料的支架[13]、[14]之間距離的關(guān)系，可調(diào)裝置引起反射鏡裝置的傾斜角度與溫度的關(guān)系完全補償器件中心波長隨溫度的漂移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說可調(diào)裝置在支架上至少安裝一個壓電陶瓷片[16]、[17]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說陣列波導(dǎo)區(qū)出口形狀為V形[18]。
專利摘要本實用新型公開了一種將多個波長信道的光信號分開的陣列波導(dǎo)光柵。它包括集成波導(dǎo)芯片、反射鏡組件，所說集成波導(dǎo)芯片具有輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、平板波導(dǎo)區(qū)、陣列波導(dǎo)區(qū)，反射鏡組件具有反射鏡裝置、可調(diào)裝置。本實用新型通過提供陣列波導(dǎo)區(qū)的反射鏡，構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)緊湊的陣列波導(dǎo)光柵，輸入輸出波導(dǎo)在同一側(cè)，只需要一個平板波導(dǎo)區(qū)和長度更短的陣列波導(dǎo)區(qū)。通過調(diào)整反射鏡與陣列波導(dǎo)區(qū)之間的傾角，可以達(dá)到改變中心波長的作用。通過對反射鏡支架的設(shè)計可以實現(xiàn)對器件熱效應(yīng)的補償，并且可以實現(xiàn)一定范圍的中心波長調(diào)諧。
文檔編號G02B6/34GK2595090SQ0221686
公開日2003年12月24日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
發(fā)明者符建 申請人:浙江大學(xué)